细胞外基质粘弹性对细胞行为的影响

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:59
文章英文标题
Effects of extracellular matrix viscoelasticity on cellular behaviour
正文
文摘( # br )过去二十年来的大量研究表明,细胞外基质( ECM )的弹性或刚度影响基本的细胞过程,包括铺展、生长、增殖、迁移、分化和器官样形成。线弹性聚丙烯酰胺水凝胶和涂有ECM蛋白的聚二甲基硅氧烷( PDMS )弹性体被广泛用于评估刚度的作用,而从这类实验中得到的结果往往被假定再现了细胞在体内所经历的力学环境的影响。然而,组织和ECM并不是线弹性材料,它们表现出更复杂的力学行为,包括粘弹性(对载荷或变形的时间响应),以及机械塑性和非线性弹性。下面我们综述组织和ECM的复杂力学行为,讨论ECM粘弹性对细胞的影响,并描述粘弹性生物材料在再生医学中的潜在用途。最近的研究表明,基质黏弹性调控了这些相同的基本细胞过程,并能促进二维和三维培养微环境中不被弹性水凝胶所观察到的行为。这些研究结果揭示了细胞与基质之间的相互作用,以及这些相互作用如何在细胞中调控机械敏感的分子通路。此外,这些结果为下一代生物材料的设计指导方针,目标是匹配组织和ECM力学的体外组织模型和应用再生医学。( # br )本综述探讨组织和细胞外基质的粘弹性在细胞-基质相互作用和机械传递中的作用以及粘弹性生物材料在再生医学中的潜在效用。
文章内容(英文)
Abstract(#br)Substantial research over the past two decades has established that extracellular matrix (ECM) elasticity, or stiffness, affects fundamental cellular processes, including spreading, growth, proliferation, migration, differentiation and organoid formation. Linearly elastic polyacrylamide hydrogels and polydimethylsiloxane (PDMS) elastomers coated with ECM proteins are widely used to assess the role of stiffness, and results from such experiments are often assumed to reproduce the effect of the mechanical environment experienced by cells in vivo. However, tissues and ECMs are not linearly elastic materials—they exhibit far more complex mechanical behaviours, including viscoelasticity (a time-dependent response to loading or deformation), as well as mechanical plasticity and nonlinear elasticity. Here we review the complex mechanical behaviours of tissues and ECMs, discuss the effect of ECM viscoelasticity on cells, and describe the potential use of viscoelastic biomaterials in regenerative medicine. Recent work has revealed that matrix viscoelasticity regulates these same fundamental cell processes, and can promote behaviours that are not observed with elastic hydrogels in both two- and three-dimensional culture microenvironments. These findings have provided insights into cell–matrix interactions and how these interactions differentially modulate mechano-sensitive molecular pathways in cells. Moreover, these results suggest design guidelines for the next generation of biomaterials, with the goal of matching tissue and ECM mechanics for in vitro tissue models and applications in regenerative medicine.(#br)This Review explores the role of viscoelasticity of tissues and extracellular matrices in cell–matrix interactions and mechanotransduction and the potential utility of viscoelastic biomaterials in regenerative medicine.
来源出处
Journal|[J]NatureVolume 584, Issue 7822. 2020. PP 535-546
DOI
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2612-2

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